上一個專題講述了開關電源的一些常見拓撲，這個專題準備開始總結一些控制模式相關的內容。開關電源某種角度來講可以分為兩個部分，一部分是大信號回路，主要走功率信號，其實拓撲專題講述的就是功率信號的傳輸；另一部分是小信號回路，主要走控制信號和反饋信號，下面就把小信號回路（主要是控制電路和反饋電路）做個歸納總結，一方面投稿，另一方面也算個人的知識點梳理吧。
開關電源的控制方式有很多，耳熟能詳?shù)挠须妷耗Ｊ?、峰值電流模式、谷點電流模式、COT模式等等，但最經典也是最傳統(tǒng)的一種還要數(shù)電壓模式控制（VMC），雖然在現(xiàn)代開關變換器中逐漸被電流、COT等模式取代，但它的原理簡單，頻率固定，很容易采用數(shù)學工具建模分析，因此必須首先介紹：
圖1.電壓模式控制電路
如圖1所示，是典型的電壓型控制模式的BUCK電路原理圖，如果僅關注控制部分，則它由誤差放大器、補償網絡、比較器等部分構成?？刂骗h(huán)路僅有一個電壓反饋環(huán)，誤差放大器的同相端連接參考電壓VREF，反向端連接feedback電壓，輸出端COMP電壓為Ve。電壓放大器的輸出連接到PWM比較器的同相端，反向端輸入信號為斜坡發(fā)生器輸出的連續(xù)鋸齒波，它由固定頻率時鐘信號產生。
圖2. 穩(wěn)態(tài)下控制電路波形圖
圖2所示為穩(wěn)態(tài)條件下電壓型控制模式的關鍵節(jié)點波形圖，Ve是誤差放大器輸出信號，VR是斜坡發(fā)生器輸出的連續(xù)鋸齒波信號。它的工作過程有兩個階段：
- 時鐘振蕩器輸出脈沖信號為高電平，高端的開關管導通，開始一個開關周期，電感所加的電壓為正，電感激磁，電流線性上升。由于鋸齒波的電壓低于Ve的電壓，PWM比較器持續(xù)輸出高電壓。
- 當鋸齒波的電壓增加到高于Ve的電壓時，PWM比較器輸出翻轉，高端的開關管關斷，低端的同步MOSFET或續(xù)流二極管導通，電感所加的電壓為負，電感去磁，電流線性下降。直到下一個開關周期開始的時鐘同步信號到來，如此反復。
其瞬態(tài)調解原理如下：
- 當輸出負載增大時，輸出電壓降低，Ve增大（負反饋），鋸齒波的電壓只有增加到更高的值才能夠和Ve相等，從而使PWM比較器翻轉，因此，開關管導通的時間增長，占空比增加，輸入功率增加，因此輸出電壓增加，當輸出電壓增加到調節(jié)的范圍內時，系統(tǒng)保持平衡。
- 當輸出負載降低時，輸出電壓升高，Ve降低，鋸齒波的電壓在較低的值就可以等于Ve值，從而使PWM比較器翻轉，因此，開關管導通的時間縮短，占空比降低，輸入功率降低，因此輸出電壓降低，當輸出電壓降低到調節(jié)的范圍內時，系統(tǒng)保持平衡。
電壓誤差放大器的作用是檢測緩慢變化的輸出直流電壓信號的微小變化，輸入到FB管腳。FB管腳的電壓V-與參考電壓VREF的差值被電壓誤差放大器放大輸出，輸出Ve為具有一定幅值的比較干凈的直流低頻反饋控制信號，開關電源輸出附帶的較寬頻帶的高頻開關噪聲信號被濾除，從而保證輸出穩(wěn)態(tài)時的穩(wěn)壓精度。
高頻開關噪聲的頻率較高，幅值較大，如果高頻開關噪聲衰減不夠的話，系統(tǒng)容易受到干擾，不能穩(wěn)定工作；但是高頻開關噪聲衰減過大的話，系統(tǒng)的帶寬窄，動態(tài)響應較慢，因此要做一些折衷的設計，要保持電壓誤差放大器的低頻增益高，高頻增益低，可以通過對整個閉環(huán)系統(tǒng)進行補償，使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定工作。
從電壓模式工作原理可以看到，系統(tǒng)沒有內置的限流功能保護電路，同時，對于輸入和輸出的瞬變變化，系統(tǒng)響應緩慢。當輸入電壓突然變低或負載阻抗突然變低時，因為主電路有較大的輸出電容和電感，電容與電感產生相移延時作用，輸出電壓的變低也延時滯后，輸出電壓變低的信號還要經過電壓誤差放大器的補償電路的延時滯后，才能傳到PWM比較器，將脈寬變寬，這兩個延時滯后作用是暫態(tài)響應慢的主要原因。為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須外加限流保護電路，注意到限流保護電路只起限流的作用，并不參與系統(tǒng)的內部的反饋調節(jié)。
電壓模式的優(yōu)點：
（1）由于電流信號不參與反饋，系統(tǒng)不會受到電流噪聲的干擾。
（2）PWM三角波幅值較大，脈沖寬度調節(jié)時具有較好的抗噪聲性能。
（3）占空比調節(jié)不受限制。
（4）對于多路輸出電源，它們之間的交互調節(jié)性能較好。
（5）單一電壓閉環(huán)反饋設計，調試比較容易。
（6）低的輸出阻抗。
電壓模式的缺點：
- 單反饋環(huán)控制系統(tǒng)，輸出LC濾波器在控制環(huán)中產生雙極點，動態(tài)響應慢，需要 增加一個零點對主極點進行補償，因此反饋補償設計比較復雜，需要更多額外的器件仔細設計補償環(huán)路，來優(yōu)化負載瞬態(tài)響應。
- 環(huán)路增益是輸出電容ESR的函數(shù)，輸出電容影響反饋環(huán)，需要電解電容或鉭電容穩(wěn)定控制回路以維持良好的高頻響應；在相同均方根工作電流的需求下，相同電容值的電解電容或鉭電容比陶瓷電容的體積更大，同時輸出電壓的波動也更大。環(huán)路的增益是輸入電壓的函數(shù),對輸入電壓的變化動態(tài)響應較慢，需要輸入電壓前饋。
- 電壓模式的反饋設計通常選取穿越頻率為1/5-1/10的開關頻率，環(huán)路補償采用III類補償網絡：3個極點和2個零點，2個零點安排在LC諧振雙極點附近，以抵消雙極點產生的相位延遲；低頻積分電路用以提高低頻的直流增益，2個高頻極點以產生高頻噪聲衰減，保證在0dB穿越頻率以上環(huán)路增益保持下降。
- 用于限流控制的電流檢測緩慢不準確。如果多個電源和多個相位并聯(lián)操作,需要外部電路進行均流控制。
綜上所述，電壓型控制模式更適合一些負載低速變化、噪聲干擾嚴重的場合（如工業(yè)級、汽車級應用）。下一篇會介紹針對電壓模式的缺點改進而成的電流控制模式及其相關應用，其實控制模式沒有好壞，只有適合，適合的就是最好的~